納米材料對混凝土性能影響分析

楊建功 賀亞杰 羅遠(yuǎn)航

（北京科技大學(xué)天津?qū)W院 城市建設(shè)學(xué)院土木工程系，天津 301830）

0 引言

近些年，我國大型工程項目越來越多，混凝土材料的應(yīng)用需求不斷擴大，混凝土材料的性能也在不斷被研究提高。隨著科技水平的發(fā)展，將納米級材料與混凝土材料進行結(jié)合，為混凝土應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展與完善提供了新的研究思路。本文主要針對混凝土性能影響因素和納米材料對混凝土性能的影響進行探討分析。

1 混凝土性能的影響因素

1.1 混凝土原料

混凝土配合比設(shè)計中，各基本組成物質(zhì)的含量，是混凝土各方面性能最直接的影響因素。

1.2 凍融破壞

凍融破壞作為評定混凝土抗凍性能、耐久性能的重要指標(biāo)之一[1]，在凍融循環(huán)過程中，凍脹作用導(dǎo)致混凝土內(nèi)部孔隙構(gòu)造逐漸增大甚至迅速增大，孔隙之間聯(lián)通會導(dǎo)致混凝土內(nèi)部及表面發(fā)展形成貫通裂縫，促使混凝土的耐久性和力學(xué)性能急劇降低[2]。

1.3 抗?jié)B性

抗?jié)B性也是混凝土耐久性的重要指標(biāo)之一?？?jié)B性的關(guān)鍵在于外部環(huán)境中的有害物質(zhì)是否能夠滲透到混凝土的內(nèi)部，產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生破壞。例如：氯離子的會對混凝土內(nèi)部的鋼筋進行銹蝕作用，導(dǎo)致材料的膠結(jié)能力下降，降低混凝土強度，從而引起構(gòu)件的破壞。

1.4 其他因素

外部壞境的溫濕度、酸堿程度、二氧化碳濃度等，對混凝土的力學(xué)性能和耐久性均會產(chǎn)生不同的影響。例如酸性氣液體會對混凝土材料進行腐蝕，產(chǎn)生碳化反應(yīng)，導(dǎo)致混凝土內(nèi)部的鋼筋發(fā)生銹蝕現(xiàn)象[3]。

2 納米材料對混凝土性能的影響

納米級碳酸鈣粉末是納米材料之一，價格低廉且具有一定活性，經(jīng)實驗研究發(fā)現(xiàn)，加入納米碳酸鈣粉體后的混凝土，水泥硬化漿體中的微小孔隙得到了有效地減少，且納米材料與水化物結(jié)合形成了納米微粉晶核，其表面形成的網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)水化硅酸鈣凝膠，可有效地提高混凝土的耐久性。

杜應(yīng)吉等研究學(xué)者在慢凍法凍融試驗中研究發(fā)現(xiàn)，摻加納米材料的混凝土，其產(chǎn)生泌水和離析的現(xiàn)象明顯減少，混凝土的抗?jié)B性能得以提高，達到了有效降低混凝土毛細(xì)吸水作用的情況。同時，納米材料能夠有效封堵小于150nm 的微小孔隙，減小因孔隙水結(jié)冰而導(dǎo)致的膨脹破壞，提升混凝土抗凍性至少50%以上[4]。。

此外，對摻加納米碳酸鈣材料的混凝土，進行腐蝕鹽溶液浸泡和干濕循環(huán)腐蝕實驗，發(fā)現(xiàn)其耐腐蝕性有較大程度的提高；除此以外，實驗研究還發(fā)現(xiàn)，納米碳酸鈣利用中間產(chǎn)物的晶核作用，達到了減小孔隙率的目的，良好的改善了混凝土的微觀結(jié)構(gòu)，對水泥基材料的抗壓強度起到了明顯的提高效果。通過對摻加納米二氧化硅材料的納米混凝土試驗發(fā)現(xiàn)，中間生成物中的氫氧化鈣，含量則明顯降低，這促使水泥漿體的堿度產(chǎn)生明顯減小，延緩了中間生成物鈣礬石、石膏的結(jié)晶析出，對納米混凝土的耐腐蝕性起到了顯著提升的效果。

3 小結(jié)

采用試驗手段，通過控制摻加不同的的納米材料、摻加不同含量的納米材料等控制方式，展開定性分析，發(fā)現(xiàn)納米級材料對混凝土各方面性能，均存在有效影響。介于納米材料的造價等因素，導(dǎo)致納米混凝土在工程中的實際應(yīng)用受到一定程度限制。故如何降低納米混凝土的生產(chǎn)成本，以及從宏觀和微觀雙重角度著手，針對納米混凝土的性能展開研究，以期提高其在實際工程項目中的應(yīng)用，可作為納米混凝土以后的研究課題。